高中物理复杂问题,能量守恒定律的探究与破解
admin
2023-09-30 19:01:27
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动能定理,机械能守恒和能量守恒这是处理能量问题三种常用的定律。

三个定律归根结底它们本质上是相同的,但在使用上存在区别。其中能量守恒是运用范围最广,也是最适用的,动能定理次之,机械能守恒最后。

在前面的文章里,我们分享了动能定理和机械能守恒的知识,今天我们来给大家分享能量守恒的知识。

能量守恒定律

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他的形式,或者从一个物体转移到其他的物体,在转化或转移的过程中能量的总量保持不变。

表达式:



系统与外界

a.外界对系统不做功,或系统与外界无能量交换,能量只在系统内各种形式之间转化或只在系统内各个物体间转移,即:



b.外界对系统做功,或系统与外界有能量交换,则系统能量的增量,等于外界对系统做的功或外界向系统输入的能量,即:



对能量守恒定律的两点理解

(1)某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等。

(2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。

能量守恒问题的解题思路

(1)当涉及摩擦力做功,有弹簧,涉及到多个物体的能量问题时,动能定理运用困难,机械能守恒不适用,三种列式方式不易选择时,一般应用能量守恒定律解决问题。

(2)解题时,首先确定初、末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和

与增加的能量总和



最后由



列式求解。

但在实际运用解决问题的时候,会遇到很多问题,不知道分析哪个过程,能量搜寻不正确,不清楚能量是增加量还是减少量...

所以星博老师独家总结了“逐一搜寻模板”可以突破和避免上述问题。现在分析给大家。

题眼密码:有弹簧、有摩擦、有系统(不止一个物体)

解题模板:“逐一搜寻模板”

解题口诀

  • 确定首末位置(研究点E=0或E已知的点)
  • “逐一搜寻”
  • 列“增加量”=“减少量”,全为正数

下面为各位同学解释一下每句口诀所表达的意思:


1.确定首末位置,研究点(例如求解F点的某一能量)是肯定要选择的,另外一个点要选择能量已知或者能量未知的点。

2.逐一搜寻所有的能量。星博老师将高中阶段涉及到的能量分为了四类:动能,势能,热能,化学能。前面三种能,相信同学们都是非常熟悉的。对于化学能,星博老师将他定义为“研究对象以外的外界对研究对象做的功”。研究问题时,就逐一分析各个能量的变化。

3.最后列增加量等于减少量。动能看首末位置速度的变化,速度增大则动能增大。势能分别看首末位置有无弹簧的形变量的变化和高度的变化,形变量增大,弹性势能增大,高度增加,则重力势能增大。热能看有无焦耳热和摩擦生热产生。化学能看有无外力做功,有则化学能减少,没有则化学能不变。最后列增加量等于减少量,并且全为正数。

例题

长为L的轻质细绳悬挂一个质量为m的小球,其下方有一个倾角为θ的光滑斜面体,放在水平面上,开始时小球与斜面刚刚接触且细绳恰好竖直,如图所示,现在用水平推力F缓慢向左推动斜面体,直至细绳与斜面体平行, 若水平面光滑,则推力做功为多少?



答案:确定首末位置:首末位置选择从开始(能量已知的点)到平行(研究点)。逐一搜寻:没有速度变化,动能不变。没有弹簧形变量的变化,弹性势能不变,但是首位置到末位置高度增加,重力势能增加了



。由于斜面和水平面光滑,没有摩擦生热,没有热量的增加。外力不是恒力做功,不能直接表示,用



表示,则化学能减少了



列增加量等于减少量:




当然,这个题难度不高做起来比较简单。但从过程来看,使用逐一搜寻,可以帮助同学们,选择正确的过程分析,将过程中的能量变化,能量转化之间的关系分析清楚,增加同学的做题效率,对于能量问题的解决有极大的帮助。

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